Выступления по этой статье:
Выступление от , доктор Панич Юлий, Израиль, профессор Хесин Борис, ИзраильИсточник нашей жизни – Земля. Все, что человек считает для себя необходимым, добывается из земли или произрастает на ней. Но о недрах Земли, даже близких к поверхности, знаем еще мало. Даже не знаем, как много еще не знаем. В последние годы геологическая разведка обогатилась новыми высокоточными методами. Комплексное их применение помогает не только находить скрытые прежде полезные ископаемые, но и скрытые прежде опасности. Помогают своевременно избегать опасностей. Одному из примеров этого и посвящена статья известного геолога, профессора Владимира Гольдшмидта
В 2006 г. в журнале FIRST BREAK (volume 24, May 2006, p.p. 51-62) была опубликована статья "Microgravity as a tool for the detection, characterization, and prediction of geohazard posed by abandoned mining cavities" (Prof. Styles Peter, et al.,), publisher: European association of geologists & engineers, Great Britain.
Наиболее опасные случаи на западном побережье - это провалы, появившиеся вначале по обе стороны от одного из главных шоссе, а затем и на нем. Провал на дороге диаметром около 30 метров и глубиной до 20 метров возник внезапно, после проезда по нему автобуса с туристами. В ряде мест вынуждены строить объездные дороги и мосты. В конце 2002 г. открылась яма такого диаметра, что туда провалился трактор. Как полагают, образованию подземных латентных (скрытых) пустот или, возможно зон крупной трещиноватости и их проявлению на поверхности в виде проседаний почвы и крупных открытых провалов, способствует прогрессирующее понижение уровня Мёртвого моря (сейчас оно около 1 м 20 см в год), связанное с этим понижение уровня подпочвенных вод, засолонение почвы и т.п. Различные авторы выдвигают ряд концептуальных моделей образования и развития подземных пустот: перенос больших масс нерастворимых обломков, что влечёт за собой образование подземных пустот; растворение солей с образованием каверн; связь провалов с локальными разломами и др. Надо полагать, что на этом, обсуждение версий моделей не закончилось, тем более, что Мертвое море расположено в зоне действия "живущего" до настоящего времени крупнейшего разлома (трансформа) земной коры - Рифта Мертвого моря, отделяющего Аравию от Африки и, образование открытых провалов и подземных пустот может быть обязано именно его «жизнедеятельности». Так, для сферической модели радиусом 10 м. и глубиной до центра 25 м. расчетная амплитуда аномалии составляет 0.08 мГал, а ее ширина – около 30 м. (рис.5). Базируясь на результатах моделирования, шаг съемки не должен превышать 5 м., а точность измерений гравитационного поля – 0.005 мГал. Кроме того, был сделан вывод, что подземные провалы могут быть обнаружены на глубине, не превышающей их диаметр в небольшое число раз. Как следует из рис.6, если эффектиный радиус провала, заполненого соленой водой, 8 м., то он не будет обнаружен на глубине, превышающей 16 м.. Если же провал заполнен воздухом, т.е., плотностной контраст больше, то провал будет обнаружен на глубине до 24 м. Вместе с тем, значительные методические сложности компьютерной обработки микрогравиметрической съёмки, обусловленные геолого-геофизической спецификой района Мертвого моря, и иногда неоднозначность получаемых результатов, дают основание некоторым специалистам ставить под сомнение её эффективность. Действительно, проведенные нами несколько лет назад, микрогравиметрические съемки на нескольких участках на побережье Мертвого моря дали, на первый взгляд, неоднозначные результаты: от явно положительных до спорных. Наиболее ощутимые результаты, были получены нами, в частности, на участке "Нахаль Хэвэр", который приведен здесь в качестве примера (рис.7, 8 ). На рис. 7А – точки наблюдения на фоне топографической карты, рис. 7В – наблюденная карта гравитационнго поля в редукции Буге совмещенная с региональным трендом третьего порядка. После вычитания тренда получена карта локального поля (рис.8 ). В центральной части участка была выявлена большая сложная по форме отрицательная гравитационная аномалия, которая, по нашему предположению, фиксировала крупную подземную пещеру. В пределах контуров этой аномалии находились четыре из пяти известных на участке изолированных друг от друга, не очень больших открытых провалов (на рис.8 отмечены белыми точками с номерами, на фоне отрицательной аномалии синего цвета). Рис.9. Таким образом, становится очевидным, что отрицательными гравитационными аномалиями отмечаются значительные по размерам (а, следовательно, опасные) подземные пустоты, которые проявлены на поверхности в виде отдельных ям в настоящее время, или же могут проявиться в виде крупных провалов в ближайшем будущем. Те же ямы, которые не связаны с крупными подземными пещерами, а являются локальными оседаниями почвы другого генезиса, или же по каким то причинам процесс разрушения в этих местах остановился, и следовательно, они не представляют опасности, не отмечаются отрицательными гравитационными аномалиями. Таким образом, на данном этапе исследований, есть основания предполагать, что микрогравиметрия может обнаружить и обрисовать подземные полости, а также их развитие во времени и пространстве (4D), то есть предсказать опасность разрушений. Однако, в каждом конкретном случае, к анализу гравитационного поля нужно подходить индивидуально, понимая, что интерпретация геофизических полей - это не только наука, но и исскуство. Вместе с тем, в настоящее время, более мобильного и не очень дорогого геофизического метода для районирования территории по степени опасности появления провалов, не видно. На некоторых участках обнадеживающие результаты дала и микромагниторазведка. Она была проведена на пяти участках, расположенных в несколько других геологических условиях, вдоль известных линеаментов (М.Рыбаков и др., 2005).
В этой статье имеется следующие ссылки: "Для обнаружения контрастов плотности в разрезе и слежения за их изменением во времени можно применять высокоточный гравиметрический мониторинг. Такой мониторинг проводится быстро, в реальном времени, с небольшими затратами и практически без воздействия на окружающую среду и население.". "Несмотря на успехи высокоточной гравиразведки за последние 10 лет, гравиметрический мониторинг пока остается новинкой, хотя несколько примеров уже опубликовано". "Тем не менее, до недавнего времени (Rybakov et al., 2001) высокоточный гравиметрический мониторинг не применялся для обнаружения зон разуплотнения и их дальнейшего контроля в нестабильной обстановке. Впервые в этих условиях метод применен для слежения за развитием карстовых воронок на западном берегу Мертвого моря (Rybakov et al., 2001)". "Усовершенствования в метод в том числе в его 4D вариант, внесены Группой прикладной и экологической геофизики Университета г Киле (Applied and Environmental Geophysics Group, Keele University) и рядом других авторов: (Branston and Styles 2003, Styles 2003, 2004, Styles et al., 2005)" (т.е. после его применения нами, В.Г.). В самое недавнее время метод успешно применен для контроля за объемом газа в выведенных из эксплуатации подземных газохранилищах в Великобритании и Франции (Bate, 2005; Bate and Styles, 2006".
Ссылка на (Rybakov et al., 2001), относится к нашей статье: "Cave detection and 4-D monitoring: A microgravity case history near the Dead Sea", 2001, Rybakov, M., Goldshmidt, V., Fleischer, L., and Rotstein,Y. The Leading Edge, 20 (8), p.p. 896-900. Она была посвящена результатам наших высокоточных гравиметрических работ, которые были начаты в связи с появлением на берегах Мёртвого моря крупных провалов. Явление это было известно уже в начале восьмидесятых годов, а об отдельных достаточно больших ямах специалисты знали ещё раньше. Однако, в последние годы они развиваются особенно интенсивно, что свидетельствует о нарастании разрушительного процесса, представляющего прямую опасность прибрежной инфраструктуре. Многочисленные, значительные по своим размерам провалы, зафиксированные прямо на поверхности, расположены практически вдоль всего западного (от предприятий Мёртвого моря "Мифалей Ям ха-Мэлах" на юге до кибуца "Калия" на севере) (рис.1) и восточного побережий Мёртвого моря. На восточном побережье, в Иордании, количество этих ям свыше пяти сотен.
Рис. 1.
В районе, где расположены крупные отели и туристические комплексы, в недалёком прошлом проявились открытые ямы в пределах, так называемого конуса выноса. О темпах образования и роста провалов можно судить по следующему примеру: размеры одной из ям, на участке «Нахаль Хэвэр» (рис.2, 3), увеличились в течение марта-ноября 1999 года от 2,5 метров в диаметре и 2 метров по глубине до 7 метров в диаметре и 8,5 метров по глубине, а в настоящее время участок представляет собой сплошную яму (рис. 4). На рис. 2 - автор статьи возле провала на фоне бурового станка; на рис. 3 провал, образовавшийся в последующем на том месте, где стоял буровой станок.
Рис. 2.
Рис. 3.
Рис. 4.
Очевидно, что радикальной мерой по уменьшению разрушительного эффекта этой экологической катастрофы, является предотвращение дальнейшего понижения уровня Мёртвого моря. Пополнение запасов воды в Мёртвом море и приостановку процесса его обмеления предусматривает проект строительства канала, который должен будет соединить Красное и Мертвое моря.. Не исключены и некоторые другие меры, в частности, ограничивающие не всегда рациональную эксплуатацию вод одного из наиболее экзотических водных бассейнов на земле.
Ясно, что осуществление такого грандиозного стратегического проекта, займет не один год, если при этом учесть необходимость промоделировать его возможные побочные негативные последствия, в частности, влияние химического состава вод Красного моря на уникальный состав вод Мёртвого моря. Как известно, негативные явления, как правило, возникают, когда человек бесконтрольно, без предварительного анализа, вмешивается в природу.
Так или иначе, но эту проблему нужно решать радикально и желательно, как можно быстрее. Очевидно, что приостановить дальнейшее развитие провалов в окрестностях Мёртвого моря в ближайшее время не удастся, это просто физически невозможно.
Естественно возник вопрос, что же делать? Ждать пока решат (и решат ли, вообще,) построить канал?
В то же время, на фоне заметно возрастающего туризма в этот регион, на берегах Мертвого моря нужно развивать туристическую индустрию. Необходимо разработать новый план развития региона, учитывающий драматические изменения рельефа и почв. Реализуя эту рекомендацию, можно попытаться районировать территорию берега Мёртвого моря по степени риска возникновения провалов, т.е. выделить участки, где строительство туристических комплексов опасно и участки, где оно всё-таки возможно, или менее опасно, конечно же, без стопроцентной гарантии, поскольку "природа коварна". Радикальных методов решения этой задачи, т.е. районирования по степени опасности, на сегодняшний день не существует, однако определенные попытки в этом направлении, в течение последних лет, уже предпринимались несколькими организациями, и, в их числе, Геофизическим Институтом Израиля (ГИИ), Институтом геологии Министерства национальных инфраструктур и др. с привлечением ряда геофизических методов, а именно: микрогравиметрии, микромагнитометрии, малоглубинной сейсморазведки, непрерывного вертикального электрического зондирования и др., каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
В качестве одного из основных инструментов для решения этой задачи нами предлагался метод микрогравиметрии (метод высокоточного изучения тонкой структуры гравитационного поля на поверхности Земли ), который уже проводился здесь ГИИ на нескольких изолированных участках (основные исполнители доктор М. Рыбаков и автор настоящей статьи). Микрогравиметрия представляется предпочтительным или, во всяком случае, весьма значимым компонентом при составлении карты районирования, посколько она дает информацию по площади и на глубину о распределении лотностных неоднородностей. Этот метод, в принципе, способен, в соответствии с законом Ньютона, обнаружить скрытые пустоты, так как, по сути, они представляют собой участки пониженной плотности (при наличии достаточного плотностного контраста) Рис.5. и находятся в изучаемом районе на небольшой глубине. Такие подземные пещеры, по результатам предварительного компьютерного моделирования должны отмечаться и действительно отмечаются относительно отрицательными локальными аномалиями гравитационного поля.
Рис. 5.
Рис. 6.
Однако, к настоящему времени, в связи с активным развитием природного процесса образования новых провалов, становится очевидной эффективность метода и на спорных участках, в чем, кстати говоря, исполнители работ не сомневались, основываясь на законах физики, данных компьютерного моделирования, микрогравиметрических исследованиях в других районах мира при обнаружении подземных пещер, а также на собственном немалом опыте проведения гравиметрических исследований для решения различных геологических задач в разных районах. Микрогравиметрическая съёмка (наряду, иногда, с другими геофизическими методами: наземные и межскважинные электромагнитные методы, сейсморазведка методом отраженных волн, исследование межскважинного пространства при помощи сейсмического просвечивания и др.), обычно используется для обнаружения скрытых карстовых воронок (пещер) в карбонатных породах (известняках) по локальным гравитационным аномалиям. Наиболее распространённый плотностной контраст в классических карстовых районах достигает 2.6 г/см3 для полостей, заполненных воздухом и 1.5 г/см3 для полостей, заполненных водой. В этих условиях, успех обнаружения по локальным гравитационным аномалиям скрытых пещер, обеспечен. Что же касается рассматриваемого района, то здесь условия для проведения микрогравиметрической съёмки значительно сложнее.
В чём же эта сложность в районе Мёртвого моря?
Во-первых, здесь плотностной контраст подземных пустот оценивается в 0.5-0.7 г/см3 или даже ниже, что снижает вероятность выявления над ними гравитационных аномалий, поскольку интенсивность последних будет невелика.
Во-вторых, из-за заполнения бассейна Мёртвого моря низкоплотностными осадочными породами, региональный отрицательный гравитационный эффект над ним очень большой, достигающий - 140 мГал. А это значит, что градиент гравитационного поля между прибрежной континентальной частью, где интенсивность поля значительно выше, и собственно бассейном Мёртвого моря (включая его берега), очень крутой, примерно, 10 мГал/км. Обнаружение локальных гравитационных аномалий небольшой интенсивности, обусловленных подземными пустотами, на фоне такого гравитационного «склона» также весьма затруднительно.
Тем не менее, предварительно проведённое компьютерное гравитационное моделирование, с учётом введения некоторых поправок, показало возможность выявления изолированных локальных гравитационных аномалий над пустотами, при условии соблюдения определённых соотношений между их размерами и глубиной.
Так, например, как показано выше, пустота радиусом 10 метров и глубиной до центра 20-25 метров, при указанном плотностном контрасте, будет зафиксирована заметной локальной гравитационной аномалией, если расстояние между станциями измерения гравитационного поля, не будет превышать 5 -10 м.
На участках, расположенных вдоль берега Мертвого моря, микрогравиметрические исследования, включающие в себя полевую съёмку, компьютерные обработку и интерпретацию, проводились нами канадским автоматическим микрогравиметром Scintrex AutoGrav CG3M, имеющим высокую разрешающую способность (0.001 мГал), стандартным отклонением < 0.005 мГал и необходимую точность и, что не менее важно, высокоточным лазерным топографическим прибором Laser Total Station, обеспечивающим точность определения высот в несколько мм.. Расстояние между точками наблюдения поля 5 м., для минимизации инструментального и приливного дрифта измерения на опорной точке производились через каждый час, т.е. учитывались поправки за дрейф прибора и луно-солнечное притяжение. В результате точность определения гравитационного поля в редукции Буге при 10% контроле достигала 0.01 – 0.02 мГал. В эти данные были введены поправки за влияние окружающего рельефа. Плотность промежуточного слоя для вычисления редукции Буге 2.67г/см3.
Для набора эталонного материала, или как говорят в терминах "распознавания образов", для обучения "с учителем", съёмки велись на участках, где были известны открытые или предполагались подземные скрытые полости, а также на участках, где малоглубинные сейсмические данные и полевые геологические наблюдения не подтвердили наличие скрытых каверн. При обработке материалов вводились необходимые поправки, требующие иногда эвристического (логического, творческого) подхода. Речь идёт о комбинации формально-математических и неформально-логических методов, позволяющих выделить из суммарного гравитационного поля, интересующую исследователя полезную информацию, а именно, класс остаточных локальных аномалий.
Рис. 7.
Рис. 8.
Последующие события полностью подтвердили наше предположение о подземной пещере. Видимые провалы постоянно увеличивались, как в диаметре, так и на глубину и в настоящее время участок представляет собой сплошную яму, практически соответствующую размерам аномалии (рис. 4).
Характерным примером является также участок "Ассаэль", расположенный на расстоянии 0.5 км южнее участка "Нахаль Хэвэр" (рис.1). На площади участка "Ассаэль", были известны несколько небольших ям, которые не отмечались локальными гравитационными аномалиями и, вместе с тем наблюдались аналогичные аномалии, которым не соответствовали видимые на поверхности провалы. За прошедшие 3-4 года, видимые на поверхности ямы не прогрессировали, в то время как возле "спорных" аномалий ямы появились. Аналогичная ситуация имеет место и на других участках (например, участки Зоар и Вади Аругот).
Рис. 9.
Более того, четырёхмерный микрогравиметрический мониторинг (4D), с учетом координаты «время», позволяет фиксировать изменения гравитационного поля во времени в местах возможного возникновения провалов и, тем самым, указывает на места Подземного перераспределения масс в реальном масштабе времени, что может служить одним из признаков предстоящего разрушения земной поверхности в недалёком будущем. Этому же может служить и мониторинг рельефа земной поверхности, проведенный нами в районе "Эйн-Геди". Измерения высот поверхности дороги показали, что центральная часть этого отрезка, длиной около 150 метров, осела за несколько месяцев, примерно, на 10 см. Кроме того, и на южной части отрезка дороги, на асфальте были обнаружены свежие трещины, что свидетельствует о её проседании (рис.10). 
Рис. 10.
В заключение, вернёмся к основной мысли, ради которой и написана эта статья, а именно, к районированию территории берега Мёртвого моря по степени опасности возможного обрушения поверхности почвы. Совершенно очевидно, что проведением высокоточной гравиразведки на отдельных небольших участках, где провалы уже частично видны на поверхности, задача не решается. В то же время, исследовать всю прибрежную низину Мёртвого моря, также нереально. По всей вероятности, следует, определить крупные участки, интересные с точки зрения специалистов по организации туризма и именно на них провести микрогравиметрические, иногда, и микромагнитные исследования, с целью их районирования.
Выделенные на этом этапе относительно безопасные участки, возможно целесообразно дополнительно исследовать комплексом геолого-геофизических методов. Конечно, это будет дороже, но несоизмеримо меньше тех затрат, которые могут оказаться напрасными при строительстве различных туристических комплексов в "опасных" местах.
Повышение достоверности карты районирования территории на более опасные и менее опасные участки, с использованием геофизических методов существенно повлияет на судьбу дальнейшего развития туристической базы этого уникального района.
